氨气（NH3）作为工农业和日用化学品的重要原料,在化学肥料制备、燃料合成以及氢能储存中都扮演着重要角色。目前,工业上依赖的Haber-Bosch制氨工艺,具有能源密集消耗和高碳排放的缺点,对生态环境和能源安全产生严重威胁,因此迫使人们开发绿色、安全、可持续的制氨工艺。电化学氮还原技术是一种在温和条件下具有绿色、低能耗、可持续合成氨的有效策略。然而打破强饱和的N≡N（941 k J/mol）和提高催化剂的选择性是电催化氮还原反应（NRR）合成氨的关键。近年来,石墨烯作为一种新兴二维碳材料,由于其可调的物理结构和独特的电子结构广泛应用于NRR。若将过渡金属嵌入缺陷石墨烯中,可为催化NRR提供了高效的金属活性位点,同时合理调节基底上金属原子的配位,可最大限度地确定优异NRR催化剂的结构。除此之外,若将杂原子掺杂到石墨烯中,能够促进基底电荷的再分布,为激活N2提供更好的基底环境,极大地改善催化剂的NRR催化活性。因此,本文结合以上两种思路,通过调控嵌入过渡金属铁(Fe1/2/3)和掺杂杂原子（氮/硼）的数量以期获得高活性、高选择性的电催化剂,用于实现电催化NRR中能量的高效转化。具体研究工作如下:（1）为探究电负性强的氮（N）原子掺杂到铁基碳材料中对NRR催化性能的影响,设计了N原子掺杂铁基碳材料的结构（FenCxNy）。通过第一性原理研究了FenCxNy在三种NRR反应机制下的反应自由能变化以及电子结构的表征分析,包括差分电荷,Bader电荷和态密度（DOS）等。计算结果表明,由两个N原子修饰的Fe2碳材料（Fe2C1N2）表现出最高的NRR催化性能,最大反应能垒为0.62 e V,并表现出高效的选择性。这是因为两个N原子的掺杂打破了碳基底上电荷的对称性分布,以及Fe2的嵌入为其提供了大量的电荷,可以极好地激活N2。同时,通过DOS结果发现Fe2C1N2对*NNH有着合理的吸附强度,进一步证明Fe2C1N2具备优越的NRR性能。因此,不同数量Fe和N杂原子的掺杂能够调整碳基底的电子结构,从而改变与中间产物的相互作用,进而提高催化剂对NRR的催化性能。（2）为探究电负性弱的硼（B）原子掺杂到铁基碳材料中对NRR催化性能的影响,构建了结构模型FenCxBy。通过第一性原理研究了FenCxBy在三种NRR反应机制下的反应自由能变化以及电子结构的表征分析。计算结果表明,两个Fe原子嵌入的碳材料（Fe2CxBy）都表现出优良的NRR催化性能,同时,选择性也高于其他催化剂。这主要是由于Fe2的嵌入为催化剂提供了高效的金属二聚体活性位点,为N2的激活传递大量电子,而且显著地抑制析氢反应（HER）,提高了催化的选择性。除此之外,Fe2CxBy的最大反应能垒仅为0.72 e V,这主要是由于掺杂两个B原子的碳基底具有更高的电荷不对称性分布。（3）为探究电负性不同的双原子掺杂Fe基碳材料对NRR性能的影响,搭建了B原子和N原子共掺杂Fe基碳材料（FenBxNy）的结构模型,利用第一性原理探究了该系列催化剂在不同NRR路径下的反应能垒,并进行了相应的电子结构分析。计算结果显示,在不同的体系中,Fe1B2N1、Fe2B2N1和Fe3B2N1的表现最佳,它们的最高反应能垒分别为0.98 e V、0.66 e V和0.79 e V。这一结果证明了N1B2配体为催化剂提供了优异的基底环境,提高了对N2的活化能力,更有利于NRR的进行。